• Author / Uploaded
• Eduardo Zarate Asmat

• Categories
• Ingeniería geotécnica
• Ciencias de la tierra y de la vida
• Ciencias de la Tierra
• Naturaleza
• Ingeniero civil

Citation preview

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte

INTRODUCCIÓN En el estudio geológico y geotécnico mediante tareas de reconocimiento geológico, prospección mecánica, prospección geofísica, ensayos de campo y de laboratorio se pretende determinar las características geológicas - geotécnicas de las diferentes unidades que son de interés para el tipo de obras a proyectar tales como: pavimentos, taludes, terraplenes, estructuras de retención y obras de paso, incluyendo además, el respectivo análisis de estabilidad de los terrenos y la definición del tipo de obras de estabilización de los mismos. La geología y la geotecnia son áreas de estudio que se complementan con los estudios de impacto ambiental, topográfico, hidráulico y geométrico para alcanzar el objetivo fundamental que es obtener un producto final óptimo que cumpla con requerimientos técnicos, económicos y funcionales. El término "geotecnia" hace alusión al conjunto de reconocimientos y ensayos o pruebas realizadas al terreno y a la interpretación de los datos obtenidos en los mismos, que permiten caracterizar los diversos suelos presentes en la zona de estudio y sus propiedades, en función de los objetivos y características del proyecto. El estudio geológico-geotécnico debe contener todos los datos relevantes para la correcta ejecución del proyecto y se elabora en base a ensayos de campo y de laboratorio adecuados al tipo de proyecto, incluyendo las recomendaciones propias en función de la naturaleza de las actuaciones (explanadas, estructuras, taludes, etc.).

Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 1

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte

1.3

ESTUDIOS GEOLÓGICOS Y GEOTECNICOS

Para la ejecución de los Estudios Geológicos y Geotécnicos deberá ejecutarse el levantamiento topográfico a escala 1/200, mínimo 250 metros aguas arriba y bajo del eje propuesto. De encontrare zonas críticas (de deslizamiento, quebradas activas, etc.) con influencia directa y/o potencias sobre la estabilidad de la estructura proyectada, deberá ampliarse dicho levantamiento hasta abarcar estas zonas. 1.3.1

Estudios Geológicos

1.3.1.1 OBJETIVOS Establecer las características geológicas, tanto local como general de las diferentes formaciones geológicas que se encuentran identificando tanto su distribución como sus características geotécnicas correspondientes. 1.3.1.2 ALCANCE El programa de estudios deberá considerar exploraciones de campo, cuya cantidad será determinada en base a la envergadura del proyecto. Los estudios geológicos y geotécnicos comprenderán:     

Revisión de información existente y descripción de la geología a nivel regional y local. Descripción geomorfológica. Zonificación geológica de la zona. Definición de las propiedades físicas y mecánicas de suelos y/o rocas. Definición de zonas de deslizamientos, huaycos y aluviones sucedidos en el pasado y

 

de potencial ocurrencia en el futuro. Recomendación de canteras para materiales de construcción. Identificación y caracterización de fallas geológicas.

1.3.2

Estudios Geotécnicos

Deberá obtenerse muestras alteradas e inalteradas, para los análisis de campo y de laboratorio e interpretar los resultados. 1.3.2.1. OBJETIVOS Establecer las características geotécnicas, es decir, la estratigrafía, la identificación y las propiedades físicas y mecánicas de los suelos para el diseño de cimentaciones estables. Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 2

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte 1.3.2.2. ALCANCES El estudio debe considerar exploraciones de campo y ensayos de laboratorio, cuya cantidad será determinada en base a la envergadura del proyecto, en términos de su longitud y las condiciones del suelo. Los estudios deberán comprender la zona de ubicación del puente, estribos, pilares y accesos. Los Estudios geotécnicos comprenderán:   

Ensayos de campo en suelos y/o rocas. Ensayos de laboratorio en muestras de suelo y/o roca extraídas de la zona. Descripción de las condiciones del suelo, estratigrafía e identificación de los estratos de



suelo o base rocosa. Definición de tipos y profundidades de cimentación adecuados, así como parámetros



geotécnicos preliminares para el diseño del puente a nivel de anteproyecto. Dependiendo de la envergadura del proyecto y del tipo de suelo se podrán realizar ensayos de refracción sísmica, complementados por perforaciones o excavaciones de



verificación en sustitución a los trabajos antes mencionado. Presentación de los resultados y recomendaciones sobre especificaciones constructivas y obras de protección.

1.3.2.3 SONDAJES La cantidad y profundidad de sondajes deberá tomar en cuenta la magnitud y complejidad del proyecto. En el caso de puentes de hasta 100 metros, se preverá como mínimo un sondaje de

Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 3

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte exploración por cada componente, sea éste estribo, zapata, pilar, bloque de anclaje, grupo de pilotes, etc. Dependiendo de las características del proyecto y del tipo de terreno este mínimo podrá reducirse a un solo sondaje complementado por ensayos de refracción sísmica. En caso de puentes de gran longitud, deberá tomarse en cuenta la variabilidad de las condiciones del terreno a lo largo del eje del puente. La profundidad de las exploraciones y sondajes estará definida considerando un predimensionamiento de la cimentación y las condiciones locales del subsuelo. Si las condiciones locales del subsuelo lo requieren, se requerirá extender la profundidad de los sondajes, por debajo del nivel de cimentación, de 2 a 3 veces el ancho previsto de las zapatas ó 2 metros bajo el nivel inferior de las cimentaciones profundas. En el caso de macizos rocosos, se requerirá extender la profundidad de los sondajes de 1 a 3 metros por debajo del nivel estimado de cimentación.

1.3.2.4 ENSAYOS DE CAMPO Los ensayos de campo serán realizados para obtener los parámetros de resistencia y deformación de los suelos o rocas de fundación así como el perfil estratigráfico con sondajes que estarán realizadas en función de la longitud del puente, número de estribos, pilares y longitud de accesos. Los métodos de ensayo realizados en campo deben estar claramente referidos a prácticas establecidas y normas técnicas especializadas relacionadas con los ensayos respectivos. Pueden considerarse los ensayos que se listan a continuación:

Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 4

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte a)

Ensayos en Suelos: 

Ensayo de Penetración Estándar (SPT)

El ensayo de penetración estándar o SPT (del inglés Standard Penetration Test), es un tipo de prueba de penetración dinámica, empleada para ensayar terrenos en los que se quiere realizar un reconocimiento geotécnico. Constituye el ensayo o prueba más utilizado en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la perforación. Consiste en contar el número de golpes necesarios para que se introduzca a una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca) muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100), que permite tomar una muestra, naturalmente alterada, en su interior. El peso de la masa está normalizado, así como la altura de caída libre, siendo de 63'5 kilopondios y 76 centímetros respectivamente.



Ensayo de Cono Estático (CPT)

El CPT es un método de ensayo para determinar las propiedades geotécnicas y delinear la litología del suelo. El método de ensayo CPT consiste en el uso de una plataforma hidráulica para introducir a presión una punta cónica instrumentada en el suelo mediante varias barras. Mide de forma continua la resistencia necesaria para penetrar en el suelo a una velocidad constante de dos Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 5

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte centímetros por segundo. La fuerza total que actúa sobre el cono se llama resistencia del cono y es el criterio calificador de la fuerza de su suelo. La fuerza que actúa sobre las barras de sondeo proporciona la fricción total.



Ensayo de Veleta de Campo

La veleta es un instrumento de laboratorio utilizado para determinar el parámetro de resistencia al corte no drenado cu de un suelo, tiene la ventaja de poder ser aplicado directamente en campo lo cual evita el transporte una muestra de suelo. En el caso de suelos compuestos de limo y arcilla en especial los de alta sensibilidad, el efecto de las alteraciones durante el ensayo pueden ser bastante considerables en lo que respecta a la confiabilidad de los resultados medidos en el laboratorio, por lo cual este instrumento proporciona información bastante aproximada. Básicamente el extremo inferior de la veleta consiste en cuatro aspas montadas en el extremo de una barra de acero. Después de hincar la veleta en el suelo, se hace girar aplicando un par de torsiones en el extremo libre de la varilla. Se gira primero la veleta entre 6 y 12º por minuto para determinar el parámetro de resistencia al corte sin perturbación y a continuación se mide la resistencia remoldeada haciendo girar con rapidez la veleta. La superficie afectada constituye el perímetro y los extremos de un cilindro.

Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 6

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte



Ensayo de Presurometría

Desarrollado por Louis Ménard en 1955, es actualmente el ensayo de mayor popularidad en Francia, España, Reino Unido, Romania, Bélgica, Checoslovaquia, Dinamarca, Bulgaria, Grecia, Italia, Polonia y Alemania. El ensayo consiste en inyectar gas nitrógeno dentro una probeta cilíndrica de membrana flexible, previamente introducida en el terreno, a la cual se le monitorea el volumen inyectado y la presión de inyección, obteniendo como resultado la curva de esfuerzo-deformación del suelo. Se determina a partir de este ensayo tres (3) parámetros:   

Modulo de deformación del suelo Presión de fluencia Presión limite de falla

Este ensayo se diferencia de otros totalmente empíricos (como el ensayo de penetración estándar, SPT) al ser una medición directa de las propiedades de resistencia y deformación de terreno, que no involucran correlaciones con algún grado de empirismo.

Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 7

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte



Ensayo de Placa Estático

Los ensayos de carga de placa son una herramienta para la determinación del comportamiento resistente de un suelo. El objetivo primario es verificar y conocer las tensiones admisibles del terreno y los asentamientos asociados, determinando la curva carga-asentamiento del terreno. El ensayo consiste básicamente en aplicar una carga y medir el desplazamiento vertical de un punto de la superficie de un suelo bajo el centro de una placa circular rígida, sometida a uno o varios ciclos de carga predefinidos.



Ensayo de Permeabilidad

Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 8

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte El ensayo de permeabilidad es uno de los ensayos "in situ" llevados a cabo para realizar un reconocimiento geotécnico. Existen diferentes formas de ensayo que pueden agruparse en tres: ensayos de permeabilidad en calicatas, en sondeos y en pozos. En cualquier caso, se obtiene la permeabilidad media de la zona afectada por el ensayo, que varía entre unos decímetros a centenares de metro. Siempre existe la incertidumbre sobre la razón de anisotropía en permeabilidad del terreno y, en terrenos formados por varios materiales, sobre las relaciones entre las permeabilidades de cada uno. Con determinadas disposiciones de ensayo, es posible obtener datos que permitan la estimación de estas razones, pero en general es un factor desconocido en la interpretación del ensayo.



Ensayo de Refracción Sísmica

El Ensayo de Refracción Sísmica consiste en la medición de los tiempos de viaje de las ondas compresionales (ondas P), y algunas veces de las ondas de corte (ondas S), generada por una fuente de energía impulsiva a unos puntos localizados a diferentes distancias a lo largo de un eje sobre la superficie del suelo. La fuente de energía es generalmente una carga pequeña de explosivo o un golpe de martillo. La energía es detectada, amplificada, y registrada de tal manera que puede determinarse su tiempo de arribo en cada punto. El instante del impacto o explosión,

Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 9

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte "Tiempo cero", también es registrado conjuntamente con las vibraciones del suelo que arriban de los geófonos. Por lo tanto, en general, los datos consisten en tiempos de viaje y distancias, siendo el tiempo de viaje el intervalo entre el "Tiempo cero" y el instante en que el geófono empieza a responder a la perturbación.

Entonces, esta información tiempo-distancia es procesada para obtener una interpretación de la forma de velocidades de propagación de ondas y la estructura de los estratos del subsuelo. Todas las mediciones son efectuadas en la superficie del terreno, y la estructura del subsuelo es inferida de los métodos de interpretación basados en las leyes de propagación de ondas. b)

Ensayos en Rocas:    

Ensayo de Compresión Uniaxial en Roca débil Determinación de la Resistencia al Corte Directo, en discontinuidades de roca Ensayo de Carga en Placa Flexible Ensayo de Carga en Placa Rígida

El ensayo de placa de carga es uno de los ensayos "in situ" llevados a cabo para realizar un reconocimiento geotécnico. Consiste en aplicar una carga sobre una placa (generalmente rígida), colocada sobre la superficie del terreno, y medir los asientos producidos. Puede llegarse a la condición límite de rotura de la muestra, es decir donde termina el ensayo, de no fallar, se toma los valores maximos a los cuales se asignan a los suelos no friccionantes.

Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 10

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte



Ensayo con el Método de Fracturamiento Hidráulico

1.3.2.5 ENSAYOS DE LABORATORIO Los métodos usados en los ensayos de laboratorio deben estar claramente referidos a normas técnicas especializadas relacionadas con los ensayos respectivos. Pueden considerarse los ensayos que se listan a continuación: a)

Ensayos en Suelos: 

Contenido de humedad



Gravedad específica

Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 11

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte  

Distribución granulométrica Determinación del límite líquido y límite plástico

      

Ensayo de corte directo Ensayo de compresión no-confinada Ensayo triaxial no consolidado - no drenado Ensayo triaxial consolidado - no drenado Ensayo de consolidación Ensayo de permeabilidad Ensayo Proctor Modificado y CBR

Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 12

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte

b)

Ensayos en Rocas:  

Determinación del modulo elástico Ensayo de compresión triaxial

 

Ensayo de compresión no confinada Ensayo de resistencia a la rotura

1.3.3

Interrelación con los Estudios Hidrológicos

En caso de puentes sobre cursos de agua, la información sobre la geomorfología y las condiciones del subsuelo del cauce y alrededores son complementarias con aquella obtenida de Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 13

Escuela de Ingeniería Civil Puentes y Obras de Arte los estudios hidrológicos. El diseño de los elementos de la subestructura se realizará tomando en cuenta además la influencia de la socavación y la subpresión en el diseño. El nivel de cimentación deberá estar por debajo de la profundidad de socavación estimada. 1.3.4

Documentación

Los estudios deberán ser documentados mediante un informe que contendrá, como mínimo, lo siguiente: 

Exploración geotécnica. Indicación de sondajes y ensayos de campo y laboratorio realizados. Se indicarán las normas de referencia usadas para la ejecución de los ensayos. Los resultados de los sondajes deben ser presentados con descripciones precisas de los estratos de suelo y/o base rocosa, clasificación y propiedades físicas de



los suelos y/o roca, indicación del nivel freático y resultados de los ensayos de campo. Descripción precisa de los estratos de suelos, clasificación y propiedades físicas de los

 

suelos. Indicación del nivel freático De los resultados de ensayos de campo y de laboratorio. Como mínimo se deben establecer los siguientes parámetros, de acuerdo al tipo de suelo: peso volumétrico, resistencia al corte, compresibilidad, potencial de expansión o de colapso, potencial de licuación. En caso de rocas, se deberán establecer: dureza, compacidad, resistencia al

    

intemperismo, índice de calidad y resistencia a la compresión. Tipos y profundidades de cimentación recomendadas. Normas de referencia usados en los ensayos. Canteras para materiales de construcción y características de los materiales de las canteras. Zonas de deslizamientos, huaycos y aluviones pasados. Conclusiones y recomendaciones.

Docente: Luis Alberto Horna Araujo

Página 14